JP2014239238A - 圧電アクチュエータ、圧電振動装置および携帯端末 - Google Patents
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Abstract
【課題】 より大きな屈曲振動が得られる圧電アクチュエータ、圧電振動装置および携帯端末を提供する。【解決手段】 本発明の圧電アクチュエータ１は、内部電極２および圧電体層３が積層された積層体４と、積層体４の一方主面に内部電極２と電気的に接続された表面電極５とを備え、内部電極２は第１の極２１と第２の極２２とを含み、積層体４は内部電極２の第１の極２１および第２の極２２が積層方向に重なっている活性部４１と、該活性部４１以外の不活性部４２とを含み、活性部４１の厚みが不活性部４２の厚みよりも厚くなっており、積層体４の側面間の他方主面の全体が平坦であることを特徴とする。【選択図】 図１
Description
本発明は、圧電振動装置、携帯端末に好適な圧電アクチュエータ、ならびにそれを用いた圧電振動装置および携帯端末に関するものである。
圧電アクチュエータとして、図11に示すように、内部電極101と圧電体層102とが複数積層された積層体103の表面に表面電極104を形成してなるバイモルフ型の圧電素子10を用いたものや（特許文献１を参照）、圧電素子10の主面にフレキシブル基板105を導電性接合
部材106で接合して、圧電素子10の表面電極104とフレキシブル基板105の配線導体107とを電気的に接続させることが知られている（特許文献２を参照）。
部材106で接合して、圧電素子10の表面電極104とフレキシブル基板105の配線導体107とを電気的に接続させることが知られている（特許文献２を参照）。
更には、バイモルフ型の圧電素子の長さ方向における中央部や一端を振動板に固定した圧電振動装置が知られている（特許文献３、４を参照）。
図11に示すような圧電アクチュエータは、主面が屈曲するような屈曲振動を生じさせることができる。また、圧電振動装置、携帯端末等に適用することで、これらの装置の振動源とすることができる。
ところで、近年、省エネの要求がさらに高まっており、より一層小さな電力で大きな屈曲振動が得られるものが望まれている。
本発明は、上記の事情に鑑みて案出されたものであり、その目的は、より大きな屈曲振動が得られる圧電アクチュエータ、圧電振動装置および携帯端末を提供することである。
本発明の圧電アクチュエータは、内部電極および圧電体層が積層された積層体と、該積層体の一方主面に前記内部電極と電気的に接続された表面電極とを備え、前記内部電極は第１の極と第２の極とを含み、前記積層体は前記内部電極の前記第１の極および前記第２の極が積層方向に重なっている活性部と、該活性部以外の不活性部とを含み、前記活性部の厚みが前記不活性部の厚みよりも厚くなっており、前記積層体の側面間の他方主面の全体が平坦であることを特徴とする。
また本発明の圧電振動装置は、前記圧電アクチュエータと、前記圧電素子の前記他方主面に接合された振動板とを有することを特徴とする。
また本発明の携帯端末は、前記圧電アクチュエータと、電子回路と、ディスプレイと、筐体とを有しており、前記圧電アクチュエータの他方主面が前記ディスプレイまたは前記筐体に接合されていることを特徴とする携帯端末である。
本発明によれば、活性部よりも不活性部の厚みの方が薄くなっている一方主面の形状が曲げの方向の力を引き出しやすくなることから、より大きな屈曲振動をさせることができる圧電アクチュエータを実現することができる。
本発明の圧電アクチュエータの実施の形態の一例について、図面を参照して詳細に説明する。
図１（ａ）は本発明の圧電アクチュエータの実施の形態の一例を示す概略斜視図であり、図１(ｂ)は図１（ａ）に示すＡ−Ａ線で切断した概略断面図であり、図１（ｃ）は図１（ａ）に示すＢ−Ｂ線で切断した概略断面図である。
図１に示す本発明の圧電アクチュエータ１は、内部電極２および圧電体層３が積層された積層体４と、積層体４の一方主面に内部電極２と電気的に接続された表面電極５とを備え、内部電極２は第１の極21と第２の極22とを含み、内部電極２の第１の極21および第２の極22が積層方向に重なる活性部41と、活性部41以外の不活性部42とを含み、活性部41の厚みが不活性部42の厚みよりも厚くなっており、積層体４の他方主面が平坦であることを特徴とする。
圧電アクチュエータ１を構成する積層体４は、内部電極２および圧電体層３が積層されてなるもので、複数の内部電極２が積層方向に重なる活性部41とそれ以外の不活性部42とを有し、例えば長尺状に形成されている。携帯端末のディスプレイまたは筐体に取り付ける圧電アクチュエータの場合には、積層体４の長さとしては、例えば18ｍｍ〜28ｍｍが好ましく、22ｍｍ〜25ｍｍが更に好ましい。積層体４の幅は、例えば１ｍｍ〜６ｍｍが好ましく、３ｍｍ〜４ｍｍが更に好ましい。積層体４の厚みは、例えば0.2ｍｍ〜1.0ｍｍが好ましく、0.4ｍｍ〜0.8ｍｍが更に好ましい。
積層体４を構成する内部電極２は、圧電体層３を形成するセラミックスと同時焼成により形成されたもので、第１の極21および第２の極22からなる。例えば、第１の極21がグランド極となり、第２の極22が正極または負極となる。また、内部電極２の第１の極21およ
び第２の極22が積層方向に重なる領域が活性部41となり、それ以外の領域（例えば積層方向から見て、内部電極２がない領域、第１の極21のみまたは第２の極22のみが重なる領域）が不活性部42となる。圧電体層３と交互に積層されて圧電体層３を上下から挟んでおり、積層順に第１の極21および第２の極22が配置されることにより、それらの間に挟まれた圧電体層３に駆動電圧を印加するものである。この形成材料として、例えば圧電セラミックスとの反応性が低い銀や銀−パラジウム合金を主成分とする導体、あるいは銅、白金などを含む導体を用いることができるが、これらにセラミック成分やガラス成分を含有させてもよい。
び第２の極22が積層方向に重なる領域が活性部41となり、それ以外の領域（例えば積層方向から見て、内部電極２がない領域、第１の極21のみまたは第２の極22のみが重なる領域）が不活性部42となる。圧電体層３と交互に積層されて圧電体層３を上下から挟んでおり、積層順に第１の極21および第２の極22が配置されることにより、それらの間に挟まれた圧電体層３に駆動電圧を印加するものである。この形成材料として、例えば圧電セラミックスとの反応性が低い銀や銀−パラジウム合金を主成分とする導体、あるいは銅、白金などを含む導体を用いることができるが、これらにセラミック成分やガラス成分を含有させてもよい。
図１に示す例では、第１の極21および第２の極22の端部がそれぞれ積層体４の対向する一対の側面に互い違いに導出されている。携帯端末のディスプレイまたは筐体に取り付ける圧電アクチュエータの場合には、内部電極２の長さは、例えば17ｍｍ〜25ｍｍが好ましく、21ｍｍ〜24ｍｍが更に好ましい。内部電極２の幅は、例えば１ｍｍ〜５ｍｍが好ましく、２ｍｍ〜４ｍｍが更に好ましい。内部電極２の厚みは、例えば0.1〜５μｍが好まし
い。
い。
積層体４を構成する圧電体層３は、圧電特性を有するセラミックスで形成されたもので、このようなセラミックスとして、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ３−ＰｂＴｉＯ３）からなるペロブスカイト型酸化物、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）などを用いることができる。圧電体層３の１層の厚みは、低電圧で駆動させるために、例えば0.01〜0.1ｍｍ程度に設定することが好ましい。また
、大きな屈曲振動を得るために、200ｐｍ／Ｖ以上の圧電ｄ31定数を有することが好まし
い。
、大きな屈曲振動を得るために、200ｐｍ／Ｖ以上の圧電ｄ31定数を有することが好まし
い。
積層体４の少なくとも一方主面には、内部電極２と電気的に接続された表面電極５が設けられている。図１に示す形態における表面電極５は、大きな面積の第１の表面電極51、小さな面積の第２の表面電極52および第３の表面電極53で構成されている。図１に示すように、例えば、第１の表面電極51は第１の極21となる内部電極２と電気的に接続され、第２の表面電極52は一方主面側に配置された第２の極22となる内部電極２、第３の表面電極53は他方主面側に配置された第２の極22となる内部電極２と電気的に接続されている。携帯端末のディスプレイまたは筐体に取り付ける圧電アクチュエータの場合には、第１の表面電極51の長さは、例えば17ｍｍ〜23ｍｍが好ましく、19ｍｍ〜21ｍｍが更に好ましい。第１の表面電極51の幅は、例えば１ｍｍ〜５ｍｍが好ましく、２ｍｍ〜４ｍｍが更に好ましい。第２の表面電極52および第３の表面電極53の長さは、例えば１ｍｍ〜３ｍｍとするのが好ましい。第２の表面電極52および第３の表面電極53の幅は、例えば0.5ｍｍ〜1.5ｍｍとするのが好ましい。
そして、積層体４は、図１（ｂ）および図１（ｃ）に示すように、内部電極２の第１の極21および第２の極22が積層方向に重なる活性部41と、活性部41以外の不活性部42とを含み、活性部41の厚みが不活性部42の厚みよりも厚くなっていて、積層体４の他方主面が平坦になっている。
本発明の圧電アクチュエータ１は、主に振動を加える対象物（後述する振動板など）に積層体４の他方主面を貼り合わせて用いられるが、積層体４の他方主面が平坦になっていることで、振動を加える対象物と一体となって屈曲振動を起こしやすくなり、全体として屈曲振動の効率を上げることができる。さらに、内部電極２の第１の極21および第２の極22が積層方向に重なる活性部41の厚みが不活性部42の厚みよりも厚くなっている、すなわち、積層体４の一方主面において不活性部42が活性部41よりも薄くなって振動を加える対象物と一体になった振動装置の曲げ剛性を低くしていることで、屈曲振動するときの曲げ方向の力を引き出しやすくしている。これにより、圧電アクチュエータ１および圧電振動
装置が、小さな電力でより大きな屈曲振動をすることができる。また、屈曲により効果的にエネルギーが用いられる結果として、一方主面に近い内部電極の活性部41と不活性部42との境界部（内部電極２と圧電体層３との境界部）に発生する不要な応力を低減してマイクロクラックの発生が低減され、圧電アクチュエータ１が劣化して変位量が小さくなるのを抑制することができる。なお、活性部41の厚みは不活性部42の厚みの２〜１０％厚くなっているのがよい。
装置が、小さな電力でより大きな屈曲振動をすることができる。また、屈曲により効果的にエネルギーが用いられる結果として、一方主面に近い内部電極の活性部41と不活性部42との境界部（内部電極２と圧電体層３との境界部）に発生する不要な応力を低減してマイクロクラックの発生が低減され、圧電アクチュエータ１が劣化して変位量が小さくなるのを抑制することができる。なお、活性部41の厚みは不活性部42の厚みの２〜１０％厚くなっているのがよい。
本発明の圧電アクチュエータ１は、図２に示すように、活性部41から不活性部42にかけて一方主面が傾斜しているのが好ましく、これにより、連続的に活性部41から不活性部42まで厚みを変化させることができるので、積層体４の表面に応力が集中することなく、屈曲振動するときの曲げの方向の力を引き出しやすくすることができる。
なお、図２に示すように、全ての内部電極２が平面状（断面直線状）になっていてもよいが、図１（ｃ）に示すように、積層体４の一方主面側に配置された内部電極２は、活性部41と不活性部42との境界近傍に位置する端部が他方主面側に向けて湾曲していてもよい。この構成によれば、内部電極２の端部の湾曲形状が、屈曲するときの曲げの方向の力を引き出しやすくしている。これにより、圧電アクチュエータ１が、小さな電力でより大きな屈曲振動をすることができる。また、屈曲により効果的にエネルギーが用いられる結果として、一方主面に近い内部電極の活性部41と不活性部42との境界部（内部電極２と圧電体層３との境界部）に発生する不要な応力を低減してマイクロクラックの発生が低減され、圧電アクチュエータ１が劣化して変位量が小さくなるのを抑制することができる。なお、湾曲の程度については、内部電極２の平面部に沿って引いた接線に対して、内部電極２の端部の接線が５°以上、特に10°以上傾くように湾曲するのが、曲げの方向の力を引き出しやすくする点で、効果的である。
また、図示しないが、内部電極２における活性部41と不活性部42との境界近傍に位置する端部を全て他方主面側に向けて湾曲させてもよく、これにより、特に他方主面に振動板を接合する場合に屈曲するときの曲げの方向の力をより引き出しやすくすることができる。この結果、内部電極の活性部41と不活性部42との境界部に発生する不要な応力を低減してマイクロクラックが生じることを低減し、圧電アクチュエータ１が劣化して変位量が小さくなるのを抑制することができる。
さらに、図３に示すように、積層体４の両方の主面側に配置された内部電極２における活性部41と不活性部42との境界近傍に位置する端部をともに内側に向けて湾曲させることにより、特に振動を加える対象物が薄くて剛性の低い場合に両方の主面側にそれぞれ屈曲するときの曲げの方向の力を引き出しやすくなる。また、屈曲により効果的にエネルギーが用いられる結果として両方の主面に近い内部電極の活性部41と不活性部42との境界部（内部電極２と圧電体層３との境界部）に発生する不要な応力を低減してマイクロクラックの発生が低減され、圧電アクチュエータ１が劣化して変位量が小さくなるのを抑制することができる。
また、図４に示すように、内部電極２は一方主面に近づくにしたがって端部の湾曲の度合いが大きくなっているのが好ましい。この構成によって、更に屈曲するときの曲げの方向の力をより引き出しやすくすることができ、最も応力の加わる内部電極２の端部近傍（一方主面に最も近い内部電極２の端部近傍）の応力を結果的に緩和できるから、一方主面に最も近い内部電極２の活性部41と不活性部42との境界部（内部電極２と圧電体層３との境界部）にマイクロクラックが生じることがより低減できる。
さらに、図２乃至図４に示すように、積層体４の他方主面に最も近い内部電極２は平坦であってもよく、振動を加える対象物（後述する振動板など）に他方主面を貼り合わせた
ときに、振動を加える対象物と一体となって屈曲振動を起こしやすくなり、全体として屈曲振動の効率をより向上させることができる。
ときに、振動を加える対象物と一体となって屈曲振動を起こしやすくなり、全体として屈曲振動の効率をより向上させることができる。
さらに、表面電極５が活性部41から不活性部42にかけて設けられているのが好ましい。表面電極５（第１の表面電極51）が活性部41から不活性部42にかけて幅方向にも広げて設けられていることで、屈曲するときの曲げの方向の力をさらに引き出しやすくすることができる。表面電極５とこれに最も近接する内部電極２との間に位置する圧電体層３に電圧をかけるような表面電極５と内部電極２の接続構造にすることによって、電圧の印加される領域が他の内部電極２同士で挟まれた圧電体層３の領域より長手方向に加えて幅方向にも広くすることができるため、不活性部42の領域にまで電圧が印加されて効果的に曲げの変位を誘起できるようになるからである。結果的に、内部電極２の活性部41と不活性部42との境界部（内部電極２と圧電体層３との境界部）に発生する応力を低減するとともに、マイクロクラックの発生を抑えることができる。なお、内部電極２の湾曲に沿って表面電極５を湾曲させるのがより効果的である。
またさらに、図５に示すように、不活性部42の積層方向の厚みが活性部41における最上層の内部電極２の上面から最下層の内部電極２の下面までの厚み以下となる領域を有し、この領域まで表面電極５（第１の表面電極51）が設けられているのが好ましい。
これにより、さらに屈曲するときの曲げの方向の力をさらに引き出しやすくすることができる。表面電極５とこれに最も近接する内部電極２との間に位置する圧電体層３に電圧をかけるような表面電極５と内部電極２の接続構造にすることによって、電圧の印加される領域をさらに幅方向に広くすることができるため、さらに不活性部42の領域にまで電圧が印加されて効果的に曲げの変位を誘起できるようになるからである。結果的に、内部電極２の活性部41と不活性部42との境界部（内部電極２と圧電体層３との境界部）に発生する応力をより低減するとともに、マイクロクラックの発生をより抑えることができる。
また、図６に示すように、本発明の圧電アクチュエータ１は、配線導体61を有するフレキシブル基板６を備え、導電性接合部材７を介して表面電極５と配線導体61とが電気的に接続されるようにフレキシブル基板６の一部が積層体４の一方主面に接合されていてもよい。
フレキシブル基板６は、例えば樹脂フィルム中に２本の配線導体61が埋設されたフレキシブル・プリント配線基板であり、一方端には外部回路と接続するためのコネクタ（図示せず）が接続されている。
導電性接合部材７は、導電性接着剤やはんだ等が用いられるが、好ましくは導電性接着剤であるのがよい。例えばアクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリウレタン樹脂、あるいは合成ゴムなどの樹脂71中に金、銅、ニッケル、または金メッキした樹脂ボールなどからなる導体粒子72を分散させてなる導電性接着剤を用いることで、半田に比べて振動によって生じる応力を低減することができるためである。より好ましくは、導電性接着剤の中でも異方性導電材であるのがよい。異方性導電材は、電気的接合を担う導電粒子と接着を担う樹脂接着剤からなる。この異方性導電材は、厚み方向には導通が取れ、面内方向には絶縁が取れるため、狭ピッチの配線においても異極の表面電極間で電気的にショートすることがなく、フレキシブル基板６との接続部をコンパクトにすることができる。
なお、図１に示す圧電アクチュエータ１は、いわゆるバイモルフ型の圧電アクチュエータであって、表面電極５から電気信号が入力されて一方主面および他方主面が屈曲面となるように屈曲振動するものであるが、本発明の圧電アクチュエータとしては、バイモルフ
型に限られず、ユニモルフ型であってもよく、例えば後述する振動板に圧電アクチュエータの他方主面を接合する（貼り合わせる）ことで、ユニモルフ型でも屈曲振動させることができる。
型に限られず、ユニモルフ型であってもよく、例えば後述する振動板に圧電アクチュエータの他方主面を接合する（貼り合わせる）ことで、ユニモルフ型でも屈曲振動させることができる。
次に、本実施の形態の圧電アクチュエータ１の製造方法について説明する。
まず、圧電体層３となるセラミックグリーンシートを作製する。具体的には、圧電セラミックスの仮焼粉末と、アクリル系，ブチラール系等の有機高分子からなるバインダーと、可塑剤とを混合してセラミックスラリーを作製する。そして、ドクターブレード法、カレンダーロール法等のテープ成型法を用いることにより、このセラミックスラリーを用いてセラミックグリーンシートを作製する。圧電セラミックスとしては圧電特性を有するものであればよく、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ３−ＰｂＴｉＯ３）からなるペロブスカイト型酸化物等を用いることができる。また、可塑剤としては、フタル酸ジブチル（ＤＢＰ），フタル酸ジオクチル（ＤＯＰ）等を用いることができる。
次に、内部電極２となる導電性ペーストを作製する。具体的には、銀−パラジウム合金の金属粉末にバインダーおよび可塑剤を添加混合することによって導電性ペーストを作製する。この導電性ペーストを上記のセラミックグリーンシート上に、スクリーン印刷法を用いて内部電極２のパターンで塗布する。さらに、この導電性ペーストが印刷されたセラミックグリーンシートを複数枚積層し、所定の温度で脱バインダー処理を行なった後、900〜1200℃の温度で焼成し、平面研削盤等を用いて所定の形状になるよう研削処理を施す
ことによって、交互に積層された内部電極２および圧電体層３を備えた積層体４を作製する。
ことによって、交互に積層された内部電極２および圧電体層３を備えた積層体４を作製する。
このような製造工程において、導電性ペーストが印刷されたセラミックグリーンシートを複数枚積層した後、例えば、プレス装置の上側（一方主面側）の型として凹みを有する金型や樹脂型を使用し、プレス装置の下側（他方主面側）の型として平坦な金型や樹脂型を使用することにより、活性部41の厚みがそれ以外の不活性部42の厚みよりも厚くなっていて、積層体４の他方主面が平坦になっている圧電アクチュエータ１を作製することができる。
なお、積層体４は、上記の製造方法によって作製されるものに限定されるものではなく、所定の形状になるよう研削処理を施しても良い。
その後、銀を主成分とする導電性粒子とガラスとを混合したものに、バインダー，可塑剤および溶剤を加えて作製した銀ガラス含有導電性ペーストを、表面電極５のパターンで積層体４の主面および側面にスクリーン印刷法等によって印刷して乾燥させた後、650〜750℃の温度で焼き付け処理を行ない、表面電極５を形成する。
なお、表面電極５と内部電極２とを電気的に接続する場合、圧電体層３を貫通するビアを形成して接続しても、積層体４の側面に側面電極を形成しても良く、どのような製造方法によって作製されてもよい。
次に、導電性接合部材７を用いて、フレキシブル基板６を圧電素子10に接続固定（接合）する。
まず、圧電素子10の所定の位置に導電性接合部材用ペーストをスクリーン印刷等の手法を用いて塗布形成する。その後、フレキシブル基板６を当接させた状態で導電性接合部材用ペーストを硬化させることにより、フレキシブル基板６を圧電素子10に接続固定する。なお、導電性接合部材用ペーストは、フレキシブル基板６側に塗布形成しておいてもよい
。
。
導電性接合部材７が導電性接着剤の場合であって、導電性接着剤を構成する樹脂が熱可塑性樹脂からなる場合は、導電性接着剤を圧電素子10またはフレキシブル基板６の所定の位置に塗布形成した後、圧電素子10とフレキシブル基板６とを導電性接着剤を介して当接させた状態で加熱加圧することで、熱可塑性樹脂が軟化流動し、その後常温に戻すことで、再び熱可塑性樹脂が硬化し、フレキシブル基板６が圧電素子10に接続固定される。
特に、導電性接合部材７として異方性導電部材を用いる場合は、近接する導電粒子が接触しないように加圧量を制御する必要がある。
また、上述では、導電性接着剤を圧電素子10またはフレキシブル基板６に塗布形成する手法を示したが、予めシート状に形成された導電性接着剤のシートを圧電素子10とフレキシブル基板６との間に挟んだ状態で加熱加圧して接合してもよい。
本発明の圧電振動装置は、図７に示すように、圧電アクチュエータ１と、圧電アクチュエータ１の他方主面に取り付けられた振動板81とを有するものである。
振動板81は、矩形の薄板状の形状を有している。振動板81は、アクリル樹脂やガラス等の剛性および弾性が大きい材料を好適に用いて形成することができる。また、振動板81の厚みは、例えば0.4ｍｍ〜1.5ｍｍに設定される。
振動板81は、圧電アクチュエータ１の他方主面に、接合部材82を介して取り付けられている。接合部材82を介して、振動板81に他方主面の全面が接合されていてもよく、略全面が接合されていてもよい。
接合部材82は、フィルム状の形状を有している。また、接合部材82は、振動板81よりも柔らかく変形しやすいもので形成されており、振動板81よりもヤング率，剛性率，体積弾性率等の弾性率や剛性が小さい。すなわち、接合部材82は、変形可能であり、同じ力が加わったときに、振動板81よりも大きく変形する。そして、接合部材82の一方主面（図の＋ｚ方向側の主面）には圧電アクチュエータ１の他方主面（図の−ｚ方向側の主面）が全体的に固着され、接合部材82の他方主面（図の−ｚ方向側の主面）には振動板81の一方主面（図の＋ｚ方向側の主面）の一部が固着されている。
接合部材82は、単一のものであっても、いくつかの部材からなる複合体であっても構わない。このような接合部材82としては、例えば、不織布等からなる基材の両面に粘着剤が付着された両面テープや、弾性を有する接着剤である各種弾性接着剤等を好適に用いることができる。また、接合部材82の厚みは、圧電アクチュエータ１の屈曲振動の振幅よりも大きいことが望ましいが、厚すぎると振動が減衰されるので、例えば、0.1ｍｍ〜0.6ｍｍに設定される。ただし、本発明の圧電振動装置においては、接合部材82の材質に限定はなく、接合部材82が振動板81よりも固く変形し難いもので形成されていても構わない。また、場合によっては、接合部材82を有さない構成であっても構わない。
このような構成を備える本例の圧電振動装置は、電気信号を加えることによって圧電アクチュエータ１を屈曲振動させ、それによって、振動板81を振動させる圧電振動装置として機能する。なお、例えば、振動板81の長さ方向における他方端部（図の−ｙ方向端部や、振動板81の周縁部等を、図示せぬ支持部材によって支持しても構わない。
また、本例の圧電振動装置は、圧電アクチュエータ１の平坦な他方主面に振動板81が接合されている。これにより、圧電アクチュエータ１と振動板81とが強固に接合された圧電
振動装置を得ることができる。
振動装置を得ることができる。
本発明の携帯端末は、図８〜図10に示すように、圧電アクチュエータ１と、電子回路（図示せず）と、ディスプレイ91と、筐体92とを有しており、圧電アクチュエータ１の他方主面が筐体92に接合されたものである。なお、図８は本発明の携帯端末を模式的に示す概略斜視図であり、図９は、図８に示すＡ−Ａ線で切断した概略断面図、図10は図８に示すＢ−Ｂ線で切断した概略断面図である。
ここで、圧電アクチュエータ１と筐体92とが変形可能な接合部材を用いて接合されているのが好ましい。すなわち、図９および図10においては接合部材82が変形可能な接合部材である。
変形可能な接合部材82で圧電アクチュエータ１と筐体92とを接合することで、圧電アクチュエータ１から振動が伝達されたとき、変形可能な接合部材82が筐体92よりも大きく変形する。
このとき、筐体92から反射される逆位相の振動を変形可能な接合部材82で緩和することができるので、圧電アクチュエータ１が周囲の振動の影響を受けずに筐体92へ強い振動を伝達させることができる。
中でも、接合部材82の少なくとも一部が粘弾性体で構成されていることで、圧電アクチュエータ１からの強い振動を筐体92へ伝える一方、筐体92から反射される弱い振動を接合部材82が吸収することができる点で好ましい。例えば、不織布等からなる基材の両面に粘着剤が付着された両面テープや、弾性を有する接着剤を含む構成の接合部材を用いることができ、これらの厚みとしては例えば10μｍ〜2000μｍのものを用いることができる。
そして、本例では、圧電アクチュエータ１はディスプレイ91のカバーとなる筐体92の一部に取り付けられ、この筐体92の一部が振動板922として機能するようになっている。
なお、本例では圧電アクチュエータ１が筐体92に接合されたものを示したが、圧電アクチュエータ１がディスプレイ91に接合されていてもよい。
筐体92は、１つの面が開口した箱状の筐体本体921と、筐体本体921の開口を塞ぐ振動板922とを有している。この筐体92（筐体本体921および振動板922）は、剛性および弾性率
が大きい合成樹脂等の材料を好適に用いて形成することができる。
が大きい合成樹脂等の材料を好適に用いて形成することができる。
振動板922の周縁部は、筐体本体921に接合材93を介して振動可能に取り付けられている。接合材93は、振動板922よりも柔らかく変形しやすいもので形成されており、振動板922よりもヤング率，剛性率，体積弾性率等の弾性率や剛性が小さい。すなわち、接合材93は変形可能であり、同じ力が加わったときに振動板922よりも大きく変形する。
接合材93は、単一のものであっても、いくつかの部材からなる複合体であっても構わない。このような接合材93としては、例えば不織布等からなる基材の両面に粘着剤が付着された両面テープ等を好適に用いることができる。接合材93の厚みは、厚くなりすぎて振動が減衰されないように設定されており、例えば0.1ｍｍ〜0.6ｍｍに設定される。ただし、本発明の携帯端末においては、接合材93の材質に限定はなく、接合材93が振動板922より
も固く変形し難いもので形成されていても構わない。また、場合によっては、接合材93を有さない構成であっても構わない。
も固く変形し難いもので形成されていても構わない。また、場合によっては、接合材93を有さない構成であっても構わない。
電子回路（図示せず）としては、例えば、ディスプレイ91に表示させる画像情報や携帯
端末によって伝達する音声情報を処理する回路や、通信回路等が例示できる。これらの回路の少なくとも１つであってもよいし、全ての回路が含まれていても構わない。また、他の機能を有する回路であってもよい。さらに、複数の電子回路を有していても構わない。なお、電子回路と圧電アクチュエータ１とは図示しない接続用配線で接続されている。
端末によって伝達する音声情報を処理する回路や、通信回路等が例示できる。これらの回路の少なくとも１つであってもよいし、全ての回路が含まれていても構わない。また、他の機能を有する回路であってもよい。さらに、複数の電子回路を有していても構わない。なお、電子回路と圧電アクチュエータ１とは図示しない接続用配線で接続されている。
ディスプレイ91は、画像情報を表示する機能を有する表示装置であり、例えば、液晶ディスプレイ，プラズマディスプレイ，および有機ＥＬディスプレイ等の既知のディスプレイを好適に用いることができる。なお、ディスプレイ91は、タッチパネルのような入力装置を有するものであっても良い。また、ディスプレイ91のカバー（振動板922）が、タッ
チパネルのような入力装置を有するものであっても構わない。さらに、ディスプレイ91全体や、ディスプレイ91の一部が振動板として機能するようにしても構わない。
チパネルのような入力装置を有するものであっても構わない。さらに、ディスプレイ91全体や、ディスプレイ91の一部が振動板として機能するようにしても構わない。
また、本発明の携帯端末は、ディスプレイ91または筐体92が、耳の軟骨または気導を通して音情報を内耳に伝えるような振動を生じさせることを特徴とする。本例の携帯端末は、振動板（ディスプレイ91または筐体92）を直接または他の物を介して耳に接触させて、耳の軟骨に振動を伝えることによって音情報を伝達することができる。すなわち、振動板（ディスプレイ91または筐体92）を直接または間接的に耳に接触させて、耳の軟骨に振動を伝えることによって音情報を伝達することができる。これにより、例えば、周囲が騒がしいときにおいても音情報を伝達することが可能な携帯端末を得ることができる。なお、振動板（ディスプレイ91または筐体92）と耳との間に介在する物は、例えば、携帯端末のカバーであっても良いし、ヘッドホンやイヤホンでも良く、振動を伝達可能な物であればどんなものでも構わない。また、振動板（ディスプレイ91または筐体92）から発生する音を空気中に伝播させることにより、音情報を伝達するような携帯端末であっても構わない。さらに、複数のルートを介して音情報を伝達するような携帯端末であっても構わない。
本例の携帯端末は、効果的に振動を発生させることのできる圧電アクチュエータ１を用いて音情報を伝達することから、高品質な音情報を伝達することができる。
次に、本発明の圧電振動装置の具体例について説明する。図５に示した圧電アクチュエータを用いた圧電振動装置を作製し、その特性を測定した。
圧電アクチュエータは、長さが23.5ｍｍ、幅が3.3ｍｍ、厚みが0.5ｍｍの長尺状とした。また、圧電アクチュエータは、厚みが30μｍの圧電体層と内部電極とが交互に積層された構造とし、圧電体層の総数は16層とした。圧電体層は、Ｚｒの一部をＳｂで置換したチタン酸ジルコン酸鉛で形成した。
活性部を不活性部よりも厚くするために、導電性ペーストが印刷されたセラミックグリーンシートを積層した後、プレス装置の上側（一方主面と接触する側）の型として凹みを有する樹脂の型を使用し、プレス装置の下側（他方主面と接触する側）の型として平坦な金型を使用して図５に示す形状の圧電アクチュエータを作製した。
なお、表面電極は内部電極よりも両端で幅方向に１ｍｍずつ長くなるように印刷した。圧電アクチュエータの一方主面における中央部の両端部に対する図の＋ｚ方向への突出量は、圧電アクチュエータの厚みの10％（0.05ｍｍ）であった。また、圧電アクチュエータの他方主面は殆ど平坦であった。
なお、表面電極は内部電極よりも両端で幅方向に１ｍｍずつ長くなるように印刷した。圧電アクチュエータの一方主面における中央部の両端部に対する図の＋ｚ方向への突出量は、圧電アクチュエータの厚みの10％（0.05ｍｍ）であった。また、圧電アクチュエータの他方主面は殆ど平坦であった。
そして、金属製の枠にガラス板を両面テープで張り付けるとともに、ガラス板の一方の表面の中央に、圧電アクチュエータの他方主面を両面テープで貼り付け、ガラス板の他方の表面から１ｍｍ離れた位置にマイクを設置した。
そして、周波数を0.3〜3.4ｋＨｚの範囲で変化させた実効値3.0Ｖの正弦波信号を圧電
アクチュエータに入力し、マイクで検出される音圧を測定した。さらに、10万サイクルの正弦波信号を連続で加えて、連続測定の前後の音圧レベルを比較した。
アクチュエータに入力し、マイクで検出される音圧を測定した。さらに、10万サイクルの正弦波信号を連続で加えて、連続測定の前後の音圧レベルを比較した。
その結果、ともに低入力でも高い音圧特性が得られていた。これにより本発明の有効性が確認できた。
１：圧電アクチュエータ
２：内部電極
21：第１の極
22：第２の極
３：圧電体層
４：積層体
41：活性部
42：不活性部
５：表面電極
51：第１の表面電極
52：第２の表面電極
53：第３の表面電極
６：フレキシブル基板
61：配線導体
７：導電性接合部材
71：樹脂
72：導体粒子
81：振動板
82：接合部材
91：ディスプレイ
92：筐体
921：筐体本体
922：振動板
93：接合材
２：内部電極
21：第１の極
22：第２の極
３：圧電体層
４：積層体
41：活性部
42：不活性部
５：表面電極
51：第１の表面電極
52：第２の表面電極
53：第３の表面電極
６：フレキシブル基板
61：配線導体
７：導電性接合部材
71：樹脂
72：導体粒子
81：振動板
82：接合部材
91：ディスプレイ
92：筐体
921：筐体本体
922：振動板
93：接合材
Claims (9)
- 内部電極および圧電体層が積層された積層体と、
該積層体の一方主面に前記内部電極と電気的に接続された表面電極とを備え、
前記内部電極は第１の極と第２の極とを含み、
前記積層体は前記内部電極の前記第１の極および前記第２の極が積層方向に重なっている活性部と、該活性部以外の不活性部とを含み、
前記活性部の厚みが前記不活性部の厚みよりも厚くなっており、
前記積層体の側面間の他方主面の全体が平坦であることを特徴とする圧電アクチュエータ。 - 前記活性部から前記不活性部にかけて前記一方主面が傾斜していることを特徴とする請求項１に記載の圧電アクチュエータ。
- 前記表面電極が前記活性部から前記不活性部にかけて設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の圧電アクチュエータ。
- 前記不活性部は、厚みが前記活性部における最上層の前記内部電極の上面から最下層の前記内部電極の下面までの厚み以下となる領域を有し、該領域まで前記表面電極が設けられていることを特徴とする請求項３に記載の圧電アクチュエータ。
- 前記配線導体を有するフレキシブル基板を備え、異方性導電材を介して前記表面電極と前記配線導体とが電気的に接続されるように前記フレキシブル基板の一部が前記積層体の前記一方主面に接合されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のうちのいずれかに記載の圧電アクチュエータ。
- 請求項１乃至請求項５のうちのいずれかに記載の圧電アクチュエータと、前記積層体の前記他方主面に接合された振動板とを有することを特徴とする圧電振動装置。
- 前記圧電アクチュエータと前記振動板とが、前記振動板よりも柔らかく変形しやすい接合部材を用いて接合されていることを特徴とする請求項６に記載の圧電振動装置。
- 請求項１乃至請求項５のうちのいずれかに記載の圧電アクチュエータと、電子回路と、ディスプレイと、筐体とを有しており、前記積層体の前記他方主面が前記ディスプレイまたは前記筐体に接合されていることを特徴とする携帯端末。
- 前記圧電アクチュエータと前記ディスプレイまたは前記筐体とが、前記ディスプレイまたは前記筐体よりも柔らかく変形しやすい接合部材を用いて接合されていることを特徴とする請求項８に記載の携帯端末。
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